PENDAHULUAN TINJAUAN PUSTAKA

PENDAHULUAN Latar belakang Tulang merupakan penopang tubuh manusia sehingga tulang menjadi komponen penting bagi manusia dan harus dijaga serta dipertahankan kekuatannya. 1 Kerusakan pada tulang menyebabkan terganggunya fungsi tubuh. Kerusakan tulang yang paling sering terjadi adalah patah tulang (fraktur). Patah tulang adalah retaknya bagian tulang, biasanya disertai dengan cedera jaringan di sekitarnya. 2 Untuk mengatasi patah tulang (fraktur) yang lazim dilakukan diantaranya yaitu dengan cara menggips ataupun memasang pen (implant). Implant merupakan istilah yang digunakan untuk logam yang ditanamkan ke dalam tubuh untuk mengatasi tulang yang rusak atau patah. 3 Namun, saat ini pemasangan implant masih relatif mahal. Selain itu, logam yang digunakan juga harus memiliki biokompatibilitas yang tinggi agar tidak menyebabkan korosi pada logam oleh cairan tubuh. Korosi logam pen dapat menimbulkan reaksi peradangan (inflamasi) di sekitar jaringan yang diimplankan sehingga akan sangat berbahaya bagi tubuh. Untuk tulang yang retak atau cedera ringan biasanya tidak dibutuhkan implant, tetapi untuk bagian yang cedera tersebut diberikan material pengganti tulang yang bisa membantu mempercepat pemulihan tulang dan dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang tanpa menimbulkan efek negatif bagi tubuh. Material yang digunakan dalam tubuh disebut biomaterial. Biomaterial yang biasanya digunakan sebagai pengganti tulang adalah hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) dan beta-tricalcium phosphate (β-ca 3 (PO 4 ) 2 ). Kedua material ini memiliki komposisi kimia yang mendekati struktur tulang dan gigi. 4 Beta-tricalcium phosphate (β TCP) dapat dipakai sebagai pengganti tulang yang potensial karena bersifat biocompatible, 5 bioresorbable (mudah diserap), dan bersifat osteokonduktifitas. Biocompatible adalah kemampuan biomaterial untuk menyesuaikan dengan kecocokan tubuh penerima. Osteokonduktifitas adalah kemampuan biomaterial untuk mendukung pelekatan selsel osteoblas baru dan osteoprogenitor, memiliki struktur yang saling berhubungan sehingga sel-sel baru dapat berpindah dan pembuluh darah baru dapat terbentuk. Osteoprogenitor adalah sel yang berfungsi untuk membentuk jaringan tulang. 6 Beta-Tricalcium Phosphate (β TCP) dapat disintesis dengan mereaksikan senyawa kalsium dan fosfat. Salah satu bahan alami yang mengandung kalsium yang cukup tinggi adalah cangkang telur ayam. Cangkang telur ayam memiliki kandungan %berat kalsium karbonat sebesar 97% sedangkan 3% sisanya terdiri dari fosfor, magnesium, kalium, natrium, seng, mangan, besi dan tembaga. 7 Sehingga cangkang telur berpotensi menjadi sumber kalsium pada sintesis β TCP. Kalsium dari bahan alami dapat meningkatkan biokompabilitas material. Selain itu, diharapkan pula pemakaian cangkang telur sebagai sumber kalsium dapat menghasilkan β TCP dari bahan alami yang banyak tersedia di alam. Tujuan 1. Membuat senyawa β-tcp dari cangkang telur menggunakan metode presipitasi dengan suhu larutan 50 o C. 2. Mengetahui suhu sintering optimum yang dibutuhkan untuk menghasilkan β-tcp. 3. Mempelajari struktur β TCP menggunakan x-ray diffractometer (XRD), komponen gugus kompleks menggunakan fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), morfologi bahan menggunakan scanning electron microscope (SEM) dan particle size analyzer (PSA) untuk menentukan ukuran partikel. Perumusan masalah Berapa suhu sintering optimum yang dibutuhkan untuk menghasilkan β-tcp? Hipotesis Suhu sintering optimum pada sintesis β-tcp adalah 1000 o C-1100 o C. TINJAUAN PUSTAKA Tricalcium phosphate Tricalcium phosphate (TCP) adalah senyawa dengan rumus kimia Ca 3 (PO 4 ) 2. TCP merupakan senyawa kalsium fosfat yang memiliki rasio molaritas Ca/P sebesar 1,50 dengan massa jenis 3,07 g/cm 3. 8 TCP memiliki empat polymorph yaitu α, β, γ,dan super-α. Polymorph α-tcp terbentuk pada suhu 1120 o C sampai 1470 o C. β-tcp terbentuk pada suhu 1120 o C, sedangkan polymorph super-α dapat dibentuk pada temperatur kira-kira di atas 1470 o C. Gambar 1 di bawah ini adalah struktur molekul tricalcium phosphate (TCP). 9

2 Tabel 1 Bentuk-bentuk β-tcp dan fungsinya Bentuk Fungsi Gambar 1 Struktur molekul TCP. 9 Untuk saat ini, TCP polymorph yang sering digunakan dalam penelitian implantasi tulang adalah α dan β-tcp. 10 Kristal α -TCP memiliki bentuk sel monoklinik dengan parameter kisi a=1,28877 nm, b=2,7280 nm, c=1,5219 nm sedangkan β-tcp memiliki bentuk sel heksagonal dengan parameter kisi a=1,0439 nm dan parameter kisi c= 3,7375 nm. 9 Saat dipanaskan pada suhu yang lebih tinggi HA akan bertransformasi menjadi TCP. Oleh karena itu, untuk mensintesis TCP diperlukan suhu yang tinggi. 9 Polymorph α-tcp lebih banyak digunakan dalam bidang kedokteran gigi. Namun α-tcp memiliki sifat mekanik yang rendah. 11 Adapun sifat dari β-tcpp adalah berpori dan mampu terdegradasi secara biologis dengan laju yang tinggi, bioresorbable, bioaktif dan osteokonduktif. Salah satu sifat mekanik dari β-tcp yaitu relatif tidak mudah patah dibandingkan dengan α-tcp. 9 Hydroxyapatite (HA) adalah mineral alami yang berupa kalsium apatit dengann rumus kimia Ca 10 ( PO 4 ) 6 (OH) 2 dan massa jenis 3,08 gr/cm 3 serta memiliki fasaa kristal dan senyawa kalsium fosfat yang stabil. HA merupakan biomaterial pengganti tulang dan gigi. Jika dibandingkan dengan HA, β-tcpp lebih bersifat bioresorbable (mudah diserap) ). 9 Dalam penelitian yang dilakukan oleh Takatoshi 9 dinyatakan bahwa implantasi β- TCP padaa kelinci menunjukkann sifat bioresobable karena mudah diserap sedangkan pada HA tidak. Oleh karena itu, dapat diketahui bahwa tingkat kelarutan β- TCP lebih tinggi dibanding HA. Besarnya kadar kelarutan β-tcp adalah tiga sampai lima kali lebih baik dibandingkan HA. Selain itu, kajian in vitro menunjukkan bahwaa α-tcp menunjukkan kadar kelarutan lebih baik daripada β-tcp. Sehingga dapat diurutkan berdasarkan tingkat kelarutannya bahwa HA< β-tcp< α TCP. Bentuk β-tcp sangat beragam dan setiap bentuk memiliki fungsi masing-masing. Tabel 1 memperlihatkan bentuk-bentuk β-tcp serta fungsinya sebagai bahan biomaterial Hulbert 1987. 11 Serbuk Kristal dengan ukuran nano Serbuk atau granul yang berpori Granul (butiran kecil) Filler untuk memperbaiki kecacatan tulang Memperbaiki bagian tulang dan merangsang pertumbuhan jaringan tulang baru Implan jaringan Filler untuk tulang dan gigi Bentuk kristal β-tcp dalam bentuk granul halus dapat diserap sempurna, sedangkan dalam bentuk blok hanya diserap sebagian. 11 Abadi et al, 12 membuat sintesis β-tcp berukuran nano dari Ca(NO 3 ) 2 dengan (NH 4 ) 2 HPO 4. Larutan (NH 4 ) 2 HPO 4 0,8 M pada ph=10,8 dengan metode presipitasi pada larutan Ca(NO 3 ) 2 1,2 M pada ph=10,8 dengan laju tetes 3 ml/menit dan proses stirring selama 16 jam. Kemudian dicuci dengan H 2 O dan etanol 98% untuk meningkatkan karakteristik pemecahan molekul, setelah itu endapannya dipanaskan pada suhu 80 o C selama 24 jam. β-tcp dihasilkan dengan kalsinasi pada suhu 8000 o C selama 2 jam. Gambar 2 dan 3 di bawah ini adalah pola difraksi sinar-x dan pola FTIR untuk β-tcp hasil sintesis Abadi et al. Gambar 2 Pola difraksi sinar-x dari β-tcp.

3 Gambar 3 Pola FTIR dari β-tcp. Reaksi pembentukan β-tcp adalah sebagai berikut : H 2 O (l) + 3CaO (l) + 2H 3 PO 4(l) Ca 3 (PO 4 ) 2(l) + 4H 2 O (l)..(1) Sintesis β-tcp dapat dibuat dari bahan kimia murni maupun dari bahan alami. Dalam penelitian ini dilakukan sintesis β-tcp dari bahan alami yaitu cangkang telur. Cangkang telur mengandung kalsium karbonat sebesar 97% dan 3% sisanya terdiri dari fosfor, magnesium, kalium, natrium, seng, mangan, besi, dan tembaga. 7 Cangkang telur yang telah dikalsinasi pada suhu 1000 o C selama 5 jam akan merubah kalsium karbonat (CaCO 3 ) menjadi kalsium oksida (CaO). Cangkang telur yang telah dikalsinasi dapat digunakan untuk sintesis β-tcp sebagai sumber CaO berbahan alam. 13 Berikut ini adalah reaksi pembentukan CaO dari cangkang telur: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g)...(2) X-ray diffraction (XRD) X-ray diffractometer (XRD) merupakan alat yang digunakan untuk mengarakterisasi struktur kristal dan ukuran kristal dari suatu bahan padat. Semua bahan yang mengandung kristal tertentu ketika dianalisa menggunakan XRD akan memunculkan puncak puncak yang spesifik. 14 XRD adalah suatu metode yang didasari oleh difraksi sinar-x. Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD adalah sudut hamburan (sudut Bragg) versus intensitas. Sudut difraksi sangat bergantung kepada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi, sedangkan intensitas cahaya difraksi bergantung dari berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas, dan fasa yang terdapat dalam suatu sampel. 15 Apabila suatu material dikenai sinar-x, maka intensitas sinar yang direfleksikan oleh kisi kristal lebih rendah dari sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atomatom dalam material tersebut. Berkas sinar x yang dihamburkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasanya berbeda dan ada pula yang saling menguatkan karena fasanya sama. Berkas sinar -x yang saling menguatkan itulah yang disebut sebagai berkas difraksi. Syarat terjadinya difraksi harus memenuhi hukum Bragg: 2d sin θ = n λ... (3) Dimana d adalah jarak antar bidang kristal, λ adalah panjang gelombang saat melewati kisi kristal, Ө adalah sudut datang, dan n adalah bilangan gelombang. Jika atom-atom tersusun periodik dalam kristal, gelombang terdifraksi akan terdiri dari interferensi maksimun tajam (peak) yang simetri, peak yang terjadi berhubungan dengan jarak antar atom. 16 Ukuran kristal (D) dapat dihitung menggunakan persamaan schrrer yang dapat dilihat pada persamaan berikut: D =...(4) Nilai k adalah konstanta untuk material biologi yang bernilai 0,94, λ adalah panjang gelombang yang digunakan pada alat XRD yaitu 0,15406 nm, dan β adalah full width at half maximum (FWHM) dari garis difraksi skala 2Ө. 16 Pada proses terjadinya difraksi sinar-x berdasarkan hukum bragg (Gambar 4) yaitu saat berkas sinar-x jatuh pada bidang P1 dan P2 yang terpisah sejauh d, maka akan terbentuk sudut terhadap bidang yang menumbuk titik A dan B. Sementara itu kedua berkas akan mencapai maksimum apabila mempunyai fase yang sama. 16 Gambar 4 Skema difraksi Sinar-x berdasakan hukum Bragg. 16

4 Pola sinar-x berbagai bahan telah dikumpulkan dalam data joint committee of power difraction standard (JCPDS). Hasil analisis pola XRD sampel yang akan dianalisis komposisi fasanya dapat dibandingkan dengan pola XRD terukur pada JCPDS. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) dapat mengidentifikasi kandungan gugus kompleks dalam senyawa kalsium fosfat, tetapi tidak dapat digunakan untuk menentukan unsur-unsur penyusunnya. Spektroskopi inframerah memanfaatkan energi vibrasi gugus penyusun senyawa kalsium fosfat, yaitu: gugus PO 3-4, gugus CO 2-3,dan gugus OH -. 17 Spektrum senyawa kalsium fosfat juga dapat dilihat pada bilangan gelombang maksimum 562 cm -1 dan 602 cm -1 Pita absorpsi CO 3 (karbonat) terlihat pada bilangan gelombang 1545 cm -1, 1450 cm -1, dan 890 cm -1. Pita absorpsi OH - dapat terlihat dalam spektrum kalsium fosfat, yaitu pada bilangan gelombang sekitar 3576 cm -1 dan 632 cm -1. Air di permukaan akan hilang dan tidak dapat balik pada pemanasan di bawah suhu 200 o C. 17 Analisis sampel pada spektroskopi FTIR diawali dengan dipancarkannya sinar inframerah dari sumber benda hitam. Sinar tersebut melaju dan melewati celah yang mengontrol jumlah energi yang disediakan untuk sampel. Sinar ini masuk ke dalam interferometer dimana ada kode khusus. Hasil interferogramnya kemudian keluar dari interferometer. Sinar tersebut kemudian memasuki ruang sampel, di mana sinar tersebut ditransmitasikan keluar atau dipantulkan kembali oleh permukaan sampel, tergantung dari tipe analisis yang diselesaikan. Setelah itu, sinar tersebut masuk ke detektor untuk analisis akhir. 18 Scanning electron microscopy (SEM) Scanning electron microscope (SEM) digunakan untuk mengamati morfologi suatu bahan. Prinsipnya adalah sifat gelombang dari elektron yakni difraksi pada sudut yang sangat kecil. Elektron dapat dihamburkan oleh sampel yang bermuatan (karena sifat listriknya). Sifat gelombang dari elektron yakni difraksi pada sudut yang sangat kecil. Elektron dihamburkan oleh sampel yang bermuatan (karena sifat listriknya). Jika sampel yang digunakan tidak bersifat konduktif, maka sampel terlebih dahulu harus dilapisi (coating) dengan emas. Citra yang terbentuk menunjukkan struktur dari sampel yang diuji. 19 Kata kunci dari prinsip kerja SEM adalah scanning, yang berarti bahwa berkas elektron menyapu permukaan sampel, titik demi titik dengan sapuan membentuk garis demi garis. Adapun prinsip kerja SEM mirip dengan mikroskop optik, namun memiliki perangkat yang berbeda. Pertama berkas elektron disejajarkan dan difokuskan oleh magnet yang didesain khusus berfungsi sebagai lensa. Energi elektron biasanya 100 kev yang menghasilkan panjang gelombang kira-kira 0,04 nm. Spesimen sasaran sangat tipis agar berkas yang dihantarkan tidak diperlambat atau dihamburkan terlalu banyak. Bayangan akhir diproyeksikan ke dalam layar pendar atau film. Berbagai distorsi yang terjadi akibat masalah pemfokusan dengan lensa magnetik membatasi resolusi hingga sepersepuluh nanometer. 19 Particle size analysis (PSA) Particle size analyzer (PSA) dapat digunakan untuk menentukan ukuran partikel. Ukuran partikel dapat diketahui melalui gambar yang dihasilkan. Ukuran tersebut dinyatakan dalam jari-jari untuk partikel yang berbentuk bola. 20 PSA juga digunakan untuk mengukur konsentrasi partikel massa secara langsung dalam medium cairan. Sampel berupa padatan dimasukkan ke wadah cairan dan dicampur sampai penyebaran aliran suspensi sampel berupa padatan yang homogen dan penyebaran cairan dipompa melalui sel. 21 Penentuan ukuran dan distribusi partikel menggunakan PSA dapat dilakukuan dengan (1) difraksi sinar laser untuk partikel dari ukuran submikron sampai dengan milimeter, (2) counter principle untuk mengukur dan menghitung partikel yang berukuran mikron sampai dengan milimeter, dan (3) penghamburan sinar untuk mengukur partikel yang berukuran mikron sampai dengan nanometer. 20 BAHAN DAN METODE Tempat dan waktu penelitian Sintesis sampel untuk suhu 800 o C, 900 o C, dan 1000 o C dilakukan di Laboratorium Biofisika Material, Departemen Fisika, FMIPA-IPB. Sedangkan untuk sintesis sampel untuk suhu 1100 o C, 1200 o C, dan 1300 o C dilakukan di PTBIN, BATAN (Badan Tenaga Nuklir Nasional), Serpong. Karakterisasi

5 XRD dilakukan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan, Gunung Batu. FTIR dan PSA dilakukan di Departemen Fisika IPB. Sedangkan untuk karakterisasi SEM dilakukan di pusat penelitian dan pengembangan geologi kelautan (PPGL)- Bandung. Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan Mei 2012. Bahan dan alat Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah cangkang telur ayam, larutan H 3 PO 4 dan aquabidest. Alat yang digunakan terdiri dari neraca analitik, sudip, pipet tetes, gelas ukur 10 ml, labu ukur 100 ml, gelas kimia 250 ml, furnace, hot plate stirrer, aluminium foil, kertas saring, pompa vakum, mortar, buret, perangkat XRD, perangkat spektroskopi FTIR, perangkat SEM, dan perangkat PSA. Prosedur penelitian Prosedur penelitian ini meliputi dua tahapan yaitu sintesis sampel dan karakterisasi sampel. A. Sintesis sampel 1. Kalsinasi cangkang telur ayam Pada penelitian ini, sumber kalsium yang digunakan berasal dari cangkang telur yang telah dikalsinasi. Proses perlakuan cangkang telur meliputi pembersihan, pengeringan dan kalsinasi. Proses kalsinasi diawali dengan membersihkan cangkang telur dari kotoran makro, membuang membran cangkang telur kemudian cangkang dikeringkan di udara terbuka dikalsinasi selama 5 jam pada suhu 1000 o C. 2. Sintesis sampel Sintesis sampel dihasilkan dari cangkang telur ayam yang telah dikalsinasi sebagai sumber kalsium (Ca) dan fosfat (P) yang berasal dari senyawa H 3 PO 4. Kemudian masing-masing sumber kalsium dan fosfat dilarutkan dengan aquabides sampai 100 ml. Pada penelitian ini digunakan larutan CaO dengan konsentrasi 1,2 M dan larutan H 3 PO 4 dengan konsentrasi 0,8 M. Metode yang digunakan adalah presipitasi yaitu dengan cara meneteskan 100 ml larutan H 3 PO 4 ke dalam 100 ml larutan CaO dari cangkang telur sambil dipanaskan dan diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan putar 300 rpm pada suhu 50 o C. Kemudian disaring menggunakan pompa vakum dan dilakukan proses sintering selama 7 jam dengan variasi suhu 800 o C, 900 o C, 1000 o C, 1100 o C, 1200 o C, dan 1300 o C. Berdasarkan penelitian Aisyah 22 sintesis β-tcp yang paling optimum dihasilkan pada suhu 1000 o C dengan waktu sintering 7 jam. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan waktu 7 jam dengan variasi suhu sintering. B. Karakterisasi sampel Setelah sintering maka dilakukan tahap karakterisasi sampel. Tahap ini penting dilakukan agar dapat diketahui sifat-sifat fisik dari sampel. Karakterisasi tersebut meliputi uji XRD, FTIR, SEM, dan PSA. 1. Karakterisasi XRD Karakterisasi difraksi sinar-x diperlukan untuk mengetahui fasa yang terdapat pada sampel, menentukan ukuran kristal dan kristalinitas. Karakterisasi sinar-x dilakukan menggunakan alat XD-610 Shimadzu yaitu dengan meletakkan 200 mg sampel β-tcp pada alumunium yang berdiameter 2 cm. Kemudian sampel tersebut akan dikarakterisasi menggunakan alat XRD XD- 610 dengan sumber Cu yang memiliki panjang gelombang 1,5406 Ǻ. Sedangkan sudut difraksi yang digunakan yaitu sebesar 10 o sampai 60 o. 2. Karakterisasi FTIR Karakterisasi FTIR dilakukan menggunakan alat FTIR dengan tipe ABB MB-3000 dengan jangkauan 400-4000 cm -1. Sebanyak 2 mg sampel β-tcp dicampur dengan 100 mg KBr, kemudian dibuat pelet lalu dikarakterisasi. 3. Karakterisasi SEM Karakterisasi SEM digunakan untuk mengamati morfologi dari suatu bahan. Karakterisasi SEM dilakukan menggunakan alat SEM dengan tipe JEOL JCM-35C. Sampel diletakkan pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapisi dengan lapisan emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi dengan emas kemudian diamati menggunakan SEM dengan tegangan 22 kv dengan perbesaran 5000x, 10000x, dan 20000x. 4. Karakterisasi PSA Karakterisasi PSA dilakukan menggunakan alat PSA dengan tipe VASCO- Particle Size Analyzer. PSA bertujuan untuk menentukan ukuran partikel dan distribusinya dari sampel. Distribusi ukuran tersebut dapat diketahui dari gambar yang dihasilkan. Sampel diambil sebanyak 1 gram kemudian

6 dilarutkan dengan 8 ml asam asetat kemudian diaduk sampai homogen. Kemudian larutan dimasukkan ke dalam disposiable plastik cuvet maksimal 1 tetes. Sampel diukur dengan zeta nano particle analyzer dengan run sebanyak 5 kali pengukuran per sampel. Pada atenuator lebar celah yang optimum yaitu sekitar 6-8. Jika sampel keruh maka atenuator akan berada di bawah 6, sehingga sampel perlu diencerkan. Untuk sampel yang terlalu transparan maka atenuator akan berada di atas 8 sehingga perlu dilakukan penambahan sampel. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil sintesis sampel 1. Kalsinasi cangkang telur ayam. Kalsinasi 55,44 gram cangkang telur kering pada suhu 1000 o C menghasilkan 30,12 gram serbuk CaO yang berwarna putih. Kalsinasi perlu dilakukan untuk menghilangkan kandungan organik dan magnesium. Pada proses kalsinasi juga terjadi konversi senyawa CaCO 3 menjadi CaO. Massa hasil kalsinasi lebih kecil daripada massa sebelum kalsinasi karena kandungan organik yang semakin berkurang seiring dengan bertambahnya suhu sintering serta hilangnya kandungan magnesium. Kandungan organik dapat tereliminasi pada temperatur 80-100 o C, sedangkan untuk magnesium akan hilang pada suhu 650 o C. 8 2. Sintesis Sampel. Pembuatan sampel diperoleh dengan mereaksikan 4,81 gram massa CaO dengan H 3 PO 4 sebanyak 4,59 ml. Dari pencampuran tersebut dihasilkan efisiensi rata-rata sampel sebesar 56,22%. Nilai efisiensi untuk setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 2. Efisiensi adalah suatu ukuran perbandingan antara massa sebelum dan massa hasil. Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa semakin besar suhu sintering maka semakin kecil massa yang dihasilkan. Selain itu, juga dapat dilihat bahwa nilai persentase dari efisiensi yang semakin berkurang seiring dengan bertambahnya suhu. Hal ini disebabkan oleh inhibitor yang berada di dalam sampel akan hilang seiring dengan kenaikan suhu sintering. Inhibitor adalah zat yang dapat menghambat atau menurunkan laju reaksi kimia, dalam hal ini yang dimaksud dengan inhibitor salah satunya adalah OH -. Sehingga semakin tinggi suhu sintering maka semakin sedikit kandungan OH - pada sampel. Tabel 2 Efisiensi Proses Pembuatan Sampel (Presipitasi-Sintering) Suhu ( o C) Massa CaO (g) Massa H 3 PO 4 (g) Massa hasil Sampel (g) Efisiensi (%) 800 4,81 7,84 7,70 60,84 900 4,81 7,84 7,59 60,02 1000 4,81 7,84 7,54 59,63 1100 4,81 7,84 6,90 54,56 1200 4,81 7,84 6,52 51,52 1300 4,81 7,84 6,42 50,76 Efisiensi Rata-rata 56,22 B. Hasil karakterisasi sampel 1. Karakterisasi XRD Dalam penelitian ini karakterisasi x-ray diffraction dilakukan untuk menentukan fasa, ukuran kristal dan kristalinitas setiap sampel. Untuk menentukan fasa β-tcp dari setiap sampel yaitu dengan membandingkan setiap puncak sampel dengan puncak dari β-tcp (βtricalcium phosphate), HA (hydroxyapatite), OCP (octa calcium phosphate), dan α-tcp (αtricalcium phosphate). Pola difraksi β-tcp, HA, OCP, dan α-tcp yang akan dicocokkan dengan sampel berasal dari database joint comittee on powder diffraction standars (JCPDS) dengan nomor 09-0169 untuk β- TCP, 09-0432 untuk HA, 44-0778 untuk OCP dan 29-0359 untuk α-tcp. Pola XRD untuk semua sampel dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6. Sampel pada suhu 800 o C (Gambar 5(a)) terbentuk tiga fase yang berbeda yaitu HA, β- TCP, dan OCP. Pada suhu ini lebih didominasi oleh HA dan β-tcp. Fase HA memiliki 2 puncak tertinggi yaitu pada sudut 2Ө sebesar 31,82 o dan pada sudut 32,94 o. Selain itu fase β-tcp dan OCP juga telah menempati salah satu puncak tertinggi. Untuk β-tcp yaitu pada sudut 2Ө sebesar 31,04 o dan untuk OCP pada sudut 2Ө sebesar 34,42 o. Fase β-tcp sudah mulai terbentuk pada suhu 800 o C yaitu pada sudut 2Ө sebesar 13,68 o. Pada suhu 900 o C (Gambar 5 (b)) pola XRD menunjukkan bahwa terdapat tiga fase yaitu HA, β-tcp, dan OCP. Pada suhu ini sampel lebih didominasi oleh HA dan β-tcp.

7 Pada suhu 900 o C tidak mengalami perbedaan yang cukup besar jika dibandingkan dengan suhu 800 o C, hanya saja puncak β-tcp lebih tinggi dan fase HA memiliki puncak yang lebih rendah dibandingkan dibandingkan suhu 800 o C. Hal ini menunjukkan mulai bertambahnya intensitas pada β-tcp dan berkurangnya nilai intensitas pada fase HA dibandingkan sebelumnya. Pada suhu 1000 o C (Gambar 5 (c)) pola XRD menunjukkan bahwa terdapat tiga fase yaitu HA, β-tcp, dan OCP. Pada suhu 1000 o C, fase β-tcp lebih mendominasi dibandingkan yang lainnya. Tiga puncak tertingginya didominasi oleh β-tcp yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,8 o, 31,04 o, dan 34,38 o. Untuk sampel pada suhu 1100 o C (Gambar 6(a)) pola XRD menunjukkan terbentuknya tiga fase yaitu HA, β-tcp, dan OCP. Fase yang paling dominan adalah fase β-tcp dan HA. Pada fase β-tcp memiliki 3 puncak tertingginya yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,94 o, 31,16 o, dan 34,5 o, namun intensitasnya lebih kecil dibandingkan suhu 1000 o C. Sedangkan HA menempati 2 puncak tertingginya yaitu pada sudut pada sudut 2Ө sebesar 31,9 o dan 33,6 o. Untuk suhu 1200 o C (Gambar 6 (b)) pola XRD menyatakan bahwa terdapat tiga fase yaitu HA, β-tcp, dan OCP. Pada suhu ini lebih didominasi dengan munculnya fase dari β-tcp dan OCP. Fase β-tcp terdapat di dua puncak tertingginya yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,92 o dan 31,12 o. Sedangkan fase OCP terdapat di satu puncak tertingginya yaitu pada sudut 2Ө sebesar 34,46 o. Pada suhu 1300 o C (Gambar 6 (c)) pola XRD menyatakan bahwa terdapat empat fase yaitu HA, β-tcp, OCP, dan α-tcp. Namun untuk fase HA dan α-tcp pada suhu ini memiliki persentase yang relatif kecil. Pada suhu ini didominasi oleh β-tcp dan OCP. Dua puncak tertingginya ditempati oleh β- TCP yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,92 o dan 31,18 o. Dan satu puncak tertingginya dimiliki oleh OCP yaitu pada 2Ө sebesar 34,52 o. Munculnya α-tcp pada suhu 1300 o C disebabkan karena α-tcp terbentuk pada suhu 1120 o C sampai 1470 o C dan pada suhu 1300 o C ini merupakan fase transisi dari β-tcp menjadi α-tcp. Nilai persentase komponen fase pada setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 3. Gambar 5 Pola difraksi sinar-x sampel pada suhu 800 o C (a), 900 o C (b), dan 1000 o C (c). Gambar 6 Pola difraksi sinar-x sampel pada suhu 1100 o C (a), 1200 o C (b), dan 1300 o C (c).

8 Pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa fase β- TCP sudah mulai terbentuk pada suhu 800 o C dengan persentase 47,25%. Kemudian pada suhu 900 o C menurun menjadi 42,09%. Pada suhu 1000 o C fase β-tcp naik menjadi 76,97% dan merupakan persentase terbesar dibandingkan suhu yang lainnya. Pada suhu 1100 o C persentase β-tcp turun menjadi 60,05% dan persentase β-tcp kembali naik pada suhu 1200 o C menjadi 67,23% kemudian turun menjadi 51,17% pada suhu 1300 o C. Sehingga dapat diketahui bahwa sintesis β-tcp maksimum terbentuk pada suhu 1000 o C dengan persetase 76,97%. Untuk parameter kisi dan ketepatannya disajikan pada Tabel 4. Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa nilai ketepatan untuk a maupun c sudah diatas 99%, kecuali sampel β-tcp pada suhu 800 o C. Hal ini dikarenakan pada suhu 800 o C fasa yang dominan terbentuk bukan β-tcp melainkan fasa HA. Hasil perhitungan parameter kisi a dan c menunjukkan bahwa parameter kisi berada pada kisaran nilai parameter β-tcp. Untuk ukuran kristal dan derajat kristalinitas untuk setiap sampel β- TCP dapat dilihat pada Tabel 5. Pada Tabel 5 dapat dilihat bahwa tingginya suhu sintering berpengaruh terhadap derajat kristalinitas dan ukuran kristal. Ukuran kristal β-tcp digunakan berdasarkan tujuan aplikasinya pada tulang. Tulang yang memiliki fungsi untuk melindungi organ internal tubuh akan memiliki ukuran kristal yang besar. Sehingga dibutuhkan ukuran kristal yang besar untuk tulang tersebut, misalnya tulang iga dan tulang kepala. Untuk tulang yang memiliki fungsi sebagai penyokong tubuh akan membutuhkan ukuran kristal yang lebih kecil dibandingkan tulang iga dan tulang kepala, contoh tulang penyokong adalah tulang tibia. Tulang tibia memiliki ukuran kristal yang lebih kecil karena selama hidupnya tulang ini mendapat tekanan dari berat tubuh yang harus disokongnya. Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa derajat kristalinitas yang paling baik ada pada sampel pada suhu 1300 o C sebesar 92,93%. Tabel 3 Komponen Fase Sampel Suhu ( o C) Komponen (%) β-tcp HA OCP α-tcp 800 47,25 37,20 15,54-900 42,09 47,30 10,61-1000 76,97 17,93 5,10-1100 60,05 20,20 19,75-1200 67,23 10,43 22,34-1300 51,17 8,85 29,95 10,03 Tabel 4 Suhu ( o C) Parameter Kisi dan Persentase Ketepatan Sampel β-tcp Parameter Kisi Ketepatan (%) a(ǻ) c (Ǻ) a c 800 12,84 43,58 78,82 83,40 900 10,44 37,45 99,82 99,82 1000 10,44 37,41 99,82 99,93 1100 10,44 37,42 99,82 99,90 1200 10,44 37,41 99,82 99,93 1300 10,41 37,27 99,93 99,71 Tabel 5 Ukuran dan Derajat Kristalinitas Sampel Suhu ( o C) Ukuran Kristal (nm) Derajat Kristalinitas (%) 800 47,16 80,47 900 57,75 86,31 1000 57,47 84,51 1100 55,69 91,83 1200 75,82 81,29 1300 91,58 92,93

9 Derajat kristalinitas adalah besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu material dengan membandingkan luasan kurva kristal dan luasan kurva amorf. Pengukuran derajat kristalinitas langsung dari program karakterisasi XRD, sedangkan untuk ukuran kristal didapat dari persamaan scherrer (Persamaan 4, halaman 7). Dari hasil karakterisasi XRD untuk variasi suhu sintering 800 o C, 900 o C, 1000 o C, 1100 o C, 1200 o C, dan 1300 o C menunjukkan bahwa fase β-tcp yang paling optimum terbentuk pada suhu 1000 o C (Gambar 5 (c)) dengan persentase 76,97%, ukuran kristal 57,47 nm, dan derajat kristalinitas 84,51%. Pada penelitian Abadi et al 12 disebutkan bahwa fase β-tcp mulai terbentuk pada suhu 800 o C dengan menggunakan sumber kalsium Ca(NO 3 ) 2 dan sumber fosfat (NH 4 ) 2 HPO 4. Pada penelitian Aisyah 22 yang menggunakan cangkang telur dan H 3 PO 4 dengan memvariasikan waktu tahan, menunjukkan bahwa pada suhu 1000 o C dengan waktu tahan 7 jam dapat menghasilkan β-tcp yang paling optimum. Sehingga dapat dikatakan bahwa perbedaan prekursor pembentuk senyawa kalsium fosfat menyebabkan hasil sintesis memiliki fase yang berbeda. 2. Karakterisasi FTIR Analisis adanya karbonat dalam kristal diamati dari spektra FTIR untuk setiap variasi suhu sintering. Spektra FTIR menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu maka semakin berkurang gugus OH -. Gugus OH - yang teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel tersebut masih mengandung H 2 O. Gugus OH - terdapat pada puncak pita pada bilangan gelombang 3600 cm -1 sampai 3200 cm -1. Selain itu juga terdapat gugus PO 3-4. 3- Gugus PO 4 terdapat pada puncak pita pada garis bilangan 1200 cm -1 sampai 500 cm -1. Puncak pita pada bilangan gelombang 1200 cm -1 sampai 500 cm -1 menunjukkan pita 3- transmitansi untuk PO 4 pada Ca 3 (PO 4 ) 2 sebagai karakteristik β-tcp. Pita-pita tersebut menyatakan kehadiran senyawa kalsium fosfat. Berikut ini akan ditunjukkan grafik spektra FTIR untuk sampel β-tcp pada suhu 800 o C (Gambar 7 (a)), suhu 900 o C (Gambar 7 (b)), suhu 1000 o C (Gambar 7 (c)). Sedangkan grafik spektra FTIR pada suhu 1100 o C dapat dilihat pada Gambar 8 (a), suhu 1200 o C (Gambar 8 (b)), dan suhu 1300 o C (Gambar 8 (c)). Gambar 7 Spektra FTIR β-tcp pada suhu 800 o C (a), 900 o C (b), 1000 o C (c). Gambar 8 Spektra FTIR β-tcp pada suhu 1100 o C (a), 1200 o C (b), 1300 o C (c).

10 Dari spektra FTIR dapat dilihat bahwa pita 3- transmitansii PO 4 yang paling lebar adalah pada suhu 1300 o C. Hal ini menguatkan hasil dari XRD yang menunjukkan bahwa derajat kristalinitas yang paling tinggi pada suhu 1300 o C yaitu sebesar 92,93%. 3. Karakterisasi SEM Karakterisasi SEM diperlukan untuk mengetahui bentuk morfologi sampel. Sampel yang diuji SEM hanya sampel β-tcp pada suhu 1000 o C. Berikut ini (Gambar 9) adalah hasil karakterisasi SEM dengan perbesaran 5000x, 10000x, dan 20000x. Dari hasil karakterisasi SEM tersebut dapat diketahui bahwaa sampel β-tcp menunjukkann kristal berbentuk granul dengan ukuran sekitar 0,6 µm dengan jarak antar pori rata-rata 1 µm. Hal ini sesuai dengan sifat β- TCP yaitu berpori. 4. Karakterisasi PSA Untuk mengetahui ukuran partikel dan distribusi dari sampel maka digunakan pengukuran PSA. Sampel β-tcp yang akan dikarakterisasi dengan PSA adalah sampel yang mengandung β-tcpp dengan persentase paling banyak yaitu pada suhu 1000 o C. Dari hasil PSA didapat ukuran partikel β-tcpp pada suhu 1000 o C sebesar 427,90 nm. Gambar 9 (a) (b) (c) Hasil Karakterisasi SEM β-tcp pada suhu sintering 1000 o C dengan perbesaran 5000x (a), 10000x (b), dan 20000x (c). KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Sintesis β-tcp diperoleh dengan mereaksikan senyawa kalsium dan fosfat. Dalam penelitian ini, sumber kalsium yang digunakan berasal dari cangkang telur yang sudah dikalsinasi pada suhu 1000 o C selama 5 jam, sedangkan sumber fosfat berasal dari larutan H 3 PO 4. Karakterisasi x-ray diffraction (XRD) dan fourier transform infrared (FTIR) dilakukan untuk semua sampel β-tcp yaitu padaa suhu 800 o C, 900 o C, 1000 o C, 1100 o C, 1200 o C dan 1300 o C. Karakterisasi XRD pada suhu 800 o C dan 900 o C dapat diketahui bahwa fasaa yang paling dominanan yaitu fasa HA dan β-tcp. Pada suhu 900 o C intensitass β-tcp lebih tinggi dibandingkann pada suhu 800 o C. Padaa suhu 1000 o C fasa yang paling dominan adalah β- TCP dengan intensitas yang lebih tinggi dari suhu 800 o C dan 900 o C. Sedangkan untuk suhu 1100 o C fasa yang paling dominan adalah fasa HA dan β-tcp. Perbedaan pada suhu 1100 o C adalah pada intensitas β-tcp yang lebih kecil dibandingkann pada suhu 1000 o C tetapi tetap lebih besar dibandingkann suhu 800 o C dan 900 o C. Untuk suhu 1200 o C dan 1300 o C fasaa yang paling dominan adalah β-tcp dan OCP. Perbedaannyaa hanya pada intensitas OCP pada suhu 1300 o C lebih besar dibandingkan pada suhu 1200 o C. Sedangkan untuk fasa β- TCP pada suhu 12000 o C dan 1300 o C intensitasnya hampir samaa dengan intensitas β-tcp pada suhu 1100 o C. Dari karakterisasi XRD maka dapat diketahui suhu optimum untuk menghasilkan β-tcp adalah 1000 o C yaitu dengann persentasee 76,97%, ukuran kristal 57,47 nm, derajat kristalinitas sebesar

11 84,51%, ketepatan a sebesar 99,82%, dan ketepatan c sebesar 99,93%. Karakterisasi FTIR pada suhu 800 o C, 900 o C, 1000 o C, 1100 o C, 1200 o C dan 1300 o C menunjukkan bahwa gugus OH - akan semakin berkurang seiring dengan bertambahnya suhu. Hal ini karena gugus OH - berasal dari H 2 O. 3- Sedangkan untuk gugus PO 4 semakin kecil seiring dengan bertambahnya suhu. Untuk karakterisasi scanning electron microscopy (SEM) dan particle size analysis (PSA) hanya dilakukan untuk sampel yang memiliki persentase β-tcp paling besar yaitu terdapat di suhu 1000 o C. Karakterisasi SEM menunjukkan bahwa sampel β-tcp pada suhu 1000 o C adalah kristal berbentuk granul dengan ukuran sekitar 0,6 µm dengan jarak antar pori rata-rata 1 µm. Sedangkan untuk karakterisasi PSA diketahui bahwa ukuran partikel untuk sampel β-tcp pada suhu 1000 o C adalah 427,90 nm. Saran Untuk penelitian lanjutan, maka langkahlangkah yang perlu dilakukan agar fase β-tcp yang terbentuk maksimum adalah: 1. Pada saat proses presipitasi, laju tetes larutan H 3 PO 4 harus dibuat konstan yaitu 10 detik per tetes. 2. Suhu larutan juga harus stabil yaitu sebesar 50 o C. 3. Penyimpanan sampel β-tcp juga perlu diperhatikan yaitu harus di wadah kedap udara, tidak terkena matahari secara langsung dan tersimpan pada suhu kamar sekitar 27 o C. DAFTAR PUSTAKA 1 Sari, Y. W., Prasetyanti, F., & Dahlan, K.(2009). Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. Jurnal Biofisika., 5 (2),71-78. 2 Anonim. (2010). Patah Tulang (fraktur). [Terhubung Berkala]. http://www. medicastore.com. (18 februari 2012). 3 Miranda. (2011). Implant Logam. [Terhubung Berkala]. http:// kuliahteknobiomedik.wordpress.com (19 Februari 2012). 4 Takazaki, Jet al. (2009). BMP-2 Release and Dose-Response Studies in Hydroxyapatite and β-tricalcium Phosphate. Bio-Medical Materials and Engineering 19:141-146. 5 Kannan, et al. (2009). Synthesis and Structure Refinement of Zinc-Doped β- Tricalcium Phosphate Powder. Journal of The American Ceramic Society., 92 (7), 1592-1595. 6 Laurenchin, C. T. (2009). Bone Graft Subtitute Materials. [Terhubung Berkala]. http:// www. emedicine. com (19 Februari 2012) 7 Butcher, G.D. et al. (1990). Concept of Eggshell Quality. http://edis.ifas.ufi.edu. (19 Februari 2012) 8 Dewi, S. U. (2009). Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi. [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 9 Shi, D. (2003). Biomaterial and Tissue Engineering. New York: Springer. 10 Salahi, E., Heinrich, J. G. (2003). Synthesis an Thermal Behaviour of β- Tricalcium Phosphate. British Ceramic Transactions., (2),102. 11 Kasim, S. R. B., (2008). Sintesis β-tcp dengan Kaedah Basah Serta Penghasilan dan Pencirian Komposit β- TCP/CPP. [Tesis]. Malaysia: Universitas Sains Malaysia. 12 Abadi, M. B. H. et al. (2010). Synthesis of nano β-tcp and Effects on The Mechanical and Biological Properties of β-tcp/hdpe/uhmwpe Nanocomposits. ProQuest Science., 31 (10),1745. 13 Chen F, Z-C Wang, C-J Lin. (2002). Preparation and characterization of nanosized hydroxyapatite particles and hydroxyapatite/chitosan nano-composite foruse in biomedical materials. Materials Letters.. 57, 858-861. 14 Anonim. -. XRD (X-Ray Powder Diffraction). [Terhubung Berkala]. http://matericerdas.wordpress.com. (19 Ferbruari 2012). 15 Masrukan. (2008). Analisis Kualitatif dengan Menggunakan Teknik Difraksi Sinar X pada Penambahan Unsur Zr

12 terhadap Pembentukan Fasa Paduan U- Zr. Urania., 14 (2),65-76. 16 Culliti BD. (2001). Element of X-Ray Diffraction, Third Edition. New Jersey : Prentice Hall. 17 Soejoko, D. S., and Sri Wahyuni. (2002). Spektroskopi Inframerah Senyawa Kalsium Fosfat Hasil Preipitasi, Makara seri Sains., (6) 3, 117-120. 18 Stuart, B. (2005). Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. New York: John Wiley&son, Inc 19 Prabakaran, K., Balamurugan, A., & Rajeswari, S. (2005) Development of Calcium Phosphate Based Apatite from Hen s Eggshell. Bull. Mater. Sci., 28 (2), 115-119. 20 Hasanah, S. M. (2009). Optimasi Pembuatan Mikrosfer Polipaduan Poliasamlaktat dengan Polikaprolakton. [Skripsi]. Bogor:Institut Pertanian Bogor. 21 Anonim.-. Particle Size and Particle Size Distribution, Short Tutorial. [Terhubung Berkala]. http://www.dispersion.com. (19 Februari 2012). 22 Aisyah, I. (2011). Sintesis dan Karakterisasi β-tricalcium Phosphate Berbasis Cangkang Telur Ayam di Udara Terbuka dengan Variasi Waktu Sintering. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.